量子化學(xué)計算方法包括哪些(量子化學(xué)的計算方法)

1.量子化學(xué)的計算方法

主要分為：①分子軌道法（簡(jiǎn)稱(chēng)MO法，見(jiàn)分子軌道理論）；②價(jià)鍵法（簡(jiǎn)稱(chēng)VB法，見(jiàn)價(jià)鍵理論）。以下只介紹分子軌道法，它是原子軌道對分子的推廣，即在物理模型中，假定分子中的每個(gè)電子在所有原子核和電子所產(chǎn)生的平均勢場(chǎng)中運動(dòng)，即每個(gè)電子可由一個(gè)單電子函數（電子的坐標的函數）來(lái)表示它的運動(dòng)狀態(tài)，并稱(chēng)這個(gè)單電子函數為分子軌道，而整個(gè)分子的運動(dòng)狀態(tài)則由分子所有的電子的分子軌道組成（乘積的線(xiàn)性組合），這就是分子軌道法名稱(chēng)的由來(lái)。 開(kāi)殼層體系是指體系中有未成對的電子（即有的殼層未充滿(mǎn)）。描述開(kāi)殼層體系的波函數一般應取斯萊特行列式的線(xiàn)性組合，這樣，計算方案就將很復雜。然而對于開(kāi)殼層體系的對應極大多重度（所謂多重度，指一個(gè)分子因總自旋角動(dòng)量的不同而具有幾個(gè)能量相重的狀態(tài)）的狀態(tài)（即自旋角動(dòng)量最大的狀態(tài)）來(lái)說(shuō)，可以保持波函數的單斯萊特行列式形式（近似方法）。描述這類(lèi)體系的最常用的方法是假設自旋向上的電子（自旋）和自旋向下的電子（β自旋）所處的分子軌道不同，即不限制自旋相反的同一對電子填入相同的分子軌道。這樣得到的HFR方程稱(chēng)為非限制性的HFR方程，簡(jiǎn)稱(chēng)UHF方程。

原則上講，有了HFR方程（不論是RHF方程或是UHF方程），就可以計算任何多原子體系的電子結構和性質(zhì)真正嚴格的計算稱(chēng)之為從頭計算法。RHF方程的極限能量與非相對論薛定諤方程的嚴格解之差稱(chēng)為相關(guān)能。對于某些目的，還需要考慮體系的相關(guān)能。UHF方程考慮了相關(guān)能的一小部分，更精密的作法則須取多斯萊特行列式的線(xiàn)性組合形式的波函數，由變分法求得這些斯萊特行列式的組合系數。這些由一個(gè)斯萊特行列式或數個(gè)斯萊特行列式按某種方式組合所描述的分子的電子結構稱(chēng)為組態(tài)，所以這種取多斯萊特行列式波函數的方法稱(chēng)為組態(tài)相互作用法（簡(jiǎn)稱(chēng)CI）。

2.什么是量子化學(xué)

量子化學(xué)（quantum chemistry）是理論化學(xué)的一個(gè)分支學(xué)科，是應用量子力學(xué)的基本原理和方法研究化學(xué)問(wèn)題的一門(mén)基礎科學(xué)。

1927年海特勒和倫敦用量子力學(xué)基本原理討論氫分子結構問(wèn)題，說(shuō)明了兩個(gè)氫原子能夠結合成一個(gè)穩定的氫分子的原因，并且利用相當近似的計算方法，算出其結合能。由此，使人們認識到可以用量子力學(xué)原理討論分子結構問(wèn)題，從而逐漸形成了量子化學(xué)這一分支學(xué)科。

量子化學(xué)是一門(mén)有關(guān)物質(zhì)結構、組成、變化、性質(zhì)的學(xué)科。它的發(fā)展可以說(shuō)是日新月異，尤其是它的邊緣學(xué)科或者說(shuō)是它的分支學(xué)科，譬如生物化學(xué)、物理化學(xué)、晶體化學(xué)等等，令人目不暇接。就眼下炒得很熱的基因工程、克隆技術(shù)以及共軛電場(chǎng)論等，更是令人眼花繚亂……

研究范圍包括穩定和不穩定分子的結構、性能及其結構與性能之間的關(guān)系；分子與分子之間的相互作用；分子與分子之間的相互碰撞和相互反應等問(wèn)題。量子化學(xué)可分基礎研究和應用研究?jì)纱箢?lèi)，基礎研究主要是尋求量子化學(xué)中的自身規律，建立量子化學(xué)的多體方法和計算方法等，多體方法包括化學(xué)鍵理論、密度矩陣理論和傳播子理論，以及多級微擾理論、群論和圖論在量子化學(xué)中的應用等。應用研究是利用量子化學(xué)方法處理化學(xué)問(wèn)題，用量子化學(xué)的結果解釋化學(xué)現象